ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ РФ
ГОУ ВПО «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОМ РЫНКЕ
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ФОРМ И БИОТЕХНОЛОГИИ
КУРСОВАЯ РАБОТА
«ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУШКИ НА ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ФАБРИКАХИ ЗАВОДАХ»
Выполнил: студентка V курса 3 группы
Фармацевтического факультета
Очной формы обучения
Ткачева Анна Сергеевна
Руководитель: ассистент кафедры
Садыкова Т.В.
Волгоград
2009
Содержание
Введение
Основы сушки
Используемые сушилки
Список литературы
Приложения
Введение
Сушка — один из самых распространенных технологических процессов,используемый в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Трудно найтитакое химическое и фармацевтическое производство, на котором не было бы операциисушки того или иного вещества или препарата. Наиболее часто сушка является завершающимэтапом технологического процесса с получением целевого продукта.
Целями являются:
· облегчение и удешевление транспортировкиматериалов, для повышения их прочности;
· сушка многих лекарственных препаратовобеспечивает их консервирование и хранение;
· сушка необходима для последующего измельчениянекоторых материалов.
Сушка — это процесс удаления влаги из твердого или пастообразногоматериала путем испарения содержащейся в нем жидкости за счет подведенного к материалутепла.
Сушка широко используется в различныхотраслях: в химическом, сельском хозяйстве и в химико-фармацевтическом производстве.Она применяется на различных стадиях технологического процесса: для подготовки сырьяи получения полуфабрикатов; часто сушка является завершающим этапом производства,определяющим качество готового лекарственного вещества.
В промышленной технологии лекарственных препаратов сушка, какзавершающий этап производства, существенным образом сказывается на качестве выпускаемойпродукции (сухие экстракты, ферменты, витамины, антибиотики и др.).
Высокое качество, стабильность продукта зависит от техническогоуровня сушки — степени автоматизации и механизации режимов процесса, совершенствасушильной аппаратуры, чистоты воздуха. Современные концепции фармацевтической наукив области теории сушки свидетельствуют, что тепловые и массообменные процессы нередкосопровождаются изменением структурно-механических свойств высушиваемого материала,образованием полиморфных форм и кристаллогидратов лекарственных веществ, реакциямиокисления, гидролиза, приводящие к изменению растворимости, всасывания, снижениюили потере терапевтической активности лекарственных веществ. Правильно организованный процесс сушки позволяет сохранитьили улучшить свойства материалов. Так, сушка таблеточного гранулята в контактныхсушилках приводит к его спеканию, изменению цвета, неравномерному остаточному влагосодержанию,ухудшению сыпучести, разложению действующих веществ. Высушивание в псевдоожиженномслое уменьшает большинство этих недостатков, а в распылительной сушилке устраняетвсе.
Если сушить препараты, содержащиеферменты при 30°С, то они теряют 33 % активности. При добавлении к ферментному осадкукрахмала инактивирование исключается, а сублимационная сушка позволяет получитьстабильный препарат. Такое наблюдается при производстве термолабильных препаратов:антибиотиков, гормонов, витаминов, вакцин, сывороток и препаратов крови. Для сушкипорошкообразных и зернистых материалов применяют барабанные и ленточные сушилки,а для мелкоизмельченного — сушилку с кипящим (псевдоожиженным) слоем.
Основы сушки
По способу подвода тепла к высушиваемомуматериалу различают следующие виды сушки:
1. Конвективная— путемнепосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, вкачестве которого чаще используют нагретый воздух или топочные газы (как правило,в смеси с воздухом).
2. Контактная— путемпередачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку.
3. Специальная.
К специальным видам сушки относятся:радиационная— путем передачи тепла инфракрасными лучами; диэлектрическая — путем нагревания в поле токов высокой частоты; сублимационная — сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме.
Из специальных видов сушки, применяемыхотносительно редко, в фармации получила распространение сублимационная — для высушиваниятермолабильных веществ (ферментов, гормонов, бактерийных препаратов, препаратовкрови и др.)
Высушиваемый материал при любомметоде сушки находится в контакте с влажным газом (в большинстве случаев воздухом).Поэтому изучение свойств влажного воздуха необходимо при рассмотрении процессовсушки и их расчетов.
Сушилки могут быть периодическогои непрерывного действия. Сушилки периодического действия отличаютсянизкой производительностью, громоздки и в ряде случаев не удовлетворяют требованиямпромышленности из-за больших затрат тяжелого физического труда, потерь готовогопродукта и загрязнения производственных помещений. Поэтому, как правило, вместомалопроизводительных сушилок периодического действия рациональнее использовать аппаратынепрерывного действия, в которых достигается сокращение продолжительности сушки,улучшается качество продукта, кроме того, значительно облегчается их обслуживание.Машины периодического действия целесообразно использовать на производствах небольшогомасштаба с разнообразным ассортиментом продукции.
Используемые сушилки
Конвективные сушилки.
В конвективных сушилках сушильныйагент, предварительно нагретый в калорифере, движется в сушилке и соприкасаетсяс высушиваемым материалом. При этом сушилка может работать по основной схеме, т.е.с однократным нагревом сушильного агента или с частичным подогревом воздуха в сушильнойкамереили другими вариантами, в которых температура сушки будет ниже, чемв сушилке по основной схеме, при одинаковом общем расходе тепла.
В зависимости от назначения используюткамерные, туннельные, ленточные и барабанные сушилки.
Камерные сушилки являются аппаратами периодического действия, работающимипри атмосферном давлении. Их используют в малотоннажных производствах при невысокойтемпературе сушки, например при сушке таблеточной массы. Материал в этих сушилкахсушится на лотках (противнях), установленных на стеллажах или вагонетках, находящихсявнутри сушильной камеры. На каркасе камеры, между вагонетками, установлены козырьки,которые делят пространство камеры на три, расположенные друг над другом зоны, вдолькоторых последовательно движется горячий воздух. Свежий воздух, нагретый в калорифере,подается вентилятором вниз камеры сушилки. Здесь он движется (путь воздуха показанна рисунке стрелками), два раза меняя направление и дважды нагреваясь в промежуточныхкалориферах. Часть отработанного воздуха с помощью шибера направляется на смешиваниесо свежим. В результате сушилка работает с частичной рециркуляцией воздуха и промежуточнымподогревом, т.е. по варианту, обеспечивающему низкую температуру и более мягкиеусловия сушки.
Однако вследствие сушки в неподвижномтолстом слое сушилки указанного типа имеют низкую производительность, а длительностьпроцесса в них большая. Кроме того, в этих сушилках имеют место большие потери теплапри выгрузке материала и большие затраты ручного труда.
В таких аппаратах сушка производитсяпериодически при атмосферном давлении. Сушилки имеют одну или несколько прямоугольныхкамер, в которых материал, находящийся на вагонетках или полках, сушится в неподвижномсостоянии. Камеры загружают и выгружают через дверь, причем вагонетки перемещаютвручную или при помощи лебедок.
Камерные сушилки обладают существенныминедостатками, к числу которых относятся:
1) большая продолжительность сушки, т.к.слой высушиваемого материала неподвижен;
2) неравномерность сушки;
3) потери тепла при загрузке и выгрузкекамер;
4) трудные и негигиеничные условия обслуживанияи контроля процесса;
5) сравнительно большой расход энергиииз-за недостаточной полноты использования тепла сушильного агента (особенно в конечныйпериод сушки).
Разновидностью камерных сушилокявляется шкафная воздушно-циркуляционная сушилка, работающая с промежуточным подогревоми рециркуляцией части воздуха. Нагретый в воздухоподогревателе 7 воздух подаетсявентилятором 6 в нижнюю часть камеры 3 сушилки и проходит в горизонтальном направлении(слева направо) между противнями с высушиваемым материалом, установленными на вагонетках1. Затем воздух проходит в воздухонагреватель 4 и движется через среднюю часть камерыв противоположном на — правлении (справа налево). В третий раз воздух нагреваетсяв воздухонагревателе 4, после чего проходит направо через верхнюю часть камеры иудаляется из сушилки. Таким образом, воздух в сушилке движется зигзагообразно черезтри зоны, дважды нагреваясь и дважды меняя направление своего движения в камере.Часть отработанного воздуха возвращают в сушилку, регулируя его количество при помощишибера 11.
/>
Шкафнаявоздушно-циркуляционная сушилка.
1 — вагонетки; 2 — сушильная камера;3 — корпус; 4, 7 — воздухоподогреватели; 5 — воздуховод; 6 — вентилятор; 8 — сетка;9 — вход воздуха; 10 — выход воздуха; 11 — шибер.
Работа по такой схеме улучшаетиспользование тепла воздуха. Однако, сушилке описанной конструкции присущи все другиенедостатки камерных сушилок, связанные с периодичностью их действия, ручным обслуживаниеми сушкой материала в неподвижном слое.
Туннельные сушилки отличаются от камерных тем, что в них соединенные другс другом вагонетки медленно перемещаются на рельсах вдоль очень длинной камеры прямоугольногосечения (коридора). На входе и выходе сушилки имеются герметичные двери, которыеоткрываются для загрузки и выгрузки материала. Вагонетка с высушенным материаломудаляется из камеры, а с противоположного конца в нее поступает новая вагонеткас влажным материалом. Перемещение вагонеток механизировано. Сушильный агент можетподаваться прямотоком или противотоком.
Такие сушилки обычно работают с частичной рециркуляцией сушильногоагента и используются для сушки больших количеств штучного материала. По интенсивностисушки туннельные сушилки близки к камерным сушилкам. Туннельным сушилкам присущиосновные недостатки камерных сушилок. Существенный недостаток туннельных сушилок- неравномерность сушки вследствие расслоения нагретого и холодного воздуха. Дляболее равномерной сушки повышают скорость сушильного агента, но вследствие этогоприходится увеличивать длину коридора, чтобы время пребывания материала в сушилкебыло достаточным.
/>
Туннельная сушилка: 1-рельсовый путь, 2-подводящий канал, 3-вагонетки,4-отводящий канал;
Ленточные сушилки. В сушилках этого типа сушка материалов производится непрерывнопри атмосферном давлении. В камере сушилки слой высушиваемого материала движется на бесконечной ленте, натянутой между ведущими и ведомыми барабанами. Влажныйматериал из бункера подается питателем 6 на один конец ленты, с другого конца материалпересыпается на нижерасположенную ленту и так до последней ленты, с которой высушенныйматериал пересыпается в приемник высушенного материала. Сушка осуществляется горячимтеплоносителем, который движется противотоком или перекрестным током к направлениюдвижения материала. Такая многоленточная сушилка успешно работает в производствехолосаса на стадии сушки шрота из семян шиповника.
Барабанные сушилки широко применяются для непрерывной сушки при атмосферномдавлении зернистых и сыпучих материалов с влажностью 5÷60 %. Барабанная сушилкаимеет цилиндрический барабан, установленный под небольшим углом к горизонту (1/15-1/50)и опирающийся с помощью бандажей на опорные ролики. Барабан вращается с помощьюэлектродвигателя через зубчатую передачу и редуктор. Число оборотов барабана обычно- 5÷8 мин1. Положение барабана в осевом направлении фиксируетсяупорными роликами. Материал на сушку подают через бункер в питатель, где он предварительноподсушивается, перемешиваясь лопастями приемно-винтовой насадки, а затем поступаетна внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длины барабана. Насадка обеспечиваетхорошее перемешивание и распределение материала по всему сечению барабана, а такжетесное соприкосновение при пересыпании с сушильным агентом — топочными газами илигорячим воздухом. Сушильный агент и материал часто подают прямотоком, что помогаетизбежать перегрева материала, так как в данном случае наиболее горячий сушильныйагент соприкасается с материалом, имеющим наибольшую влажность. Сушильный агентпросасывается через барабан с вентилятором со средней скоростью, не превышающей2÷3 м/с. При этом обеспечивается минимальный унос частичек материала. Передвыбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне. На концах барабанаустанавливают уплотнительные устройства (например, лабиринтные), затрудняющие утечкусушильного агента.
У разгрузочного конца барабанаимеется подпорное устройство, которое позволяет поддерживать определенную степеньзаполнения барабана материалом; обычно степень заполнения не превышает 20 %. Времяпребывания материала в сушилке регулируется скоростью вращения барабана и реже- изменением угла его наклона. Высушенный материал удаляется из камеры через разгрузочноеустройство, с помощью которого герметизируется камера и предотвращается поступлениев нее воздуха извне. Подсосы воздуха могли бы привести к бесполезному увеличениюпроизводительности и энергии, потребляемой вентилятором.
Устройство внутренней насадкибарабана зависит от размеров и свойств высушиваемого материала. Так, для крупнокусковыхи склонных к налипанию материалов устанавливают подъемно-лопастнуюнасадку.Для крупнокусковых, малосыпучих материалов с большой плотностью применяют секторнуюнасадку. Для мелкокусковых материалов, обладающих хорошей сыпучестью, используютраспределительные насадки, выполненные в виде отдельных ячеек. Для материалов сочень маленькими частицами, дающих большое пыление, применяется перевалочная насадкас закрытыми ячейками. Для некоторых пастообразных материалов применяют комбинированнуюнасадку: в передней части барабана подъемно-лопастную, а в остальной- распределительную или перевалочную.
Аэрофонтанные сушилки. Для сушки зернистых неслипающихся, влажных и достаточнокрупных материалов во взвешенном состоянии применяются аэрофонтанные сушилки. Этосушилки с вихревым потоком, в котором происходит закрученная циркуляция самого высушиваемогоматериала. В загрузочную воронку подается влажный материал, который захватываетсяпотоком воздуха или смесью воздуха с топочными газами, и поступает в сушильную камеру,имеющую форму расширяющегося конуса. При такой форме камеры скорость газа внизукамеры превышает скорость осаждения самых крупных частиц, а вверху — меньше скоростиосаждения самых мелких частиц. В указанном случае достигается более организованнаяциркуляция твердых частиц, которые поднимаются в центре и опускаются у периферииаппарата. Благодаря снижению скорости газов по мере их подъема улучшается распределениечастиц по крупности и уменьшается унос пыли. Это, в свою очередь, повышает равномерностьнагрева (более мелкие частицы, поднимающиеся выше, находятся в области более низкихтемператур) и позволяет уменьшить высоту камеры. В сушильной камере происходит интенсивноеперемешивание материала, поскольку он находится во взвешенном состоянии. Из камерывысушиваемый материал потоком газа увлекается в циклон, где материал отделяетсяот газа.
Основной недостаток аэрофонтанныхсушилок — неравномерность сушки. Более равномерная сушка достигается в сушилкахс кипящим слоем.
Сушилки с кипящим (псевдоожиженным)слоем. В сушилке с кипящим слоем материалуложен на решетку, через которую продувается сушильный агент со скоростью, необходимойдля создания кипящего слоя.
В этой сушилке для устранениянеравномерности сушки применяется направленное движение материала вдоль удерживающейего решетки. Для этого подача сырого материала производится в верхнюю часть с однойстороны сушилки, а удаление сухого материала — из нижней с противоположной стороныустановки. Наиболее распространены однокамерныесушилки непрерывного действия.Применяют также многокамерные сушилки. Они состоят из двух или более камер, черезкоторые последовательно движется высушиваемый материал. Для материалов, малочувствительныхк нагреву, применяются двух — и трехсекционныеступенчато-противоточные сушилкис кипящим слоем. Достоинства сушилок с кипящим слоем: интенсивность сушки; возможностьвысушивания при высоких температурах, высокая степень использования тепла сушильногоагента, возможность автоматического регулирования параметров процесса. Недостатки:большие расходы электроэнергии для создания значительных давлений (300÷500мм вод. ст.), необходимых для кипения слоя, а также измельчение частиц материалав сушилке.
Распылительные сушилки. За последнее десятилетие разработка новыхметодов введения лекарственных препаратов и приспособлений для ингаляции сухих порошкообразныхвеществ и их безыгольной внутрикожной инжекции или пролонгированное парентеральноевведение препаратов привело к росту потребности в порошковой лекарственной форме,имеющей в своем составе активные фармацевтические ингредиенты (АФИ).
В этих сушилках достигается высокаяинтенсивность испарения влаги за счет тонкого распыления высушиваемого материалав сушильной камере, через которую движется сушильный агент. При сушке в распыленномсостоянии удельная поверхность испарения достигает столь большой величины, что процессвысушивания завершается чрезвычайно быстро (примерно 15÷30 с). В условияхпочти мгновенной сушки температура поверхности частиц материала, несмотря на высокуютемпературу сушильногоагента (около 150°С), лишь немного превышает температуруадиабатического испарения чистой жидкости. В результате достигается быстрая сушкав мягких температурных условиях, позволяющая получить качественный порошкообразныйпродукт, хорошо растворимый и не требующий дальнейшего измельчения. Возможна сушкаи холодным теплоносителем, когда распыливаемый материал предварительно нагрет. Распылительнаясублимационная сушка обычно включает:
1) распыление жидкого раствораили суспензии с использованием одножидкостных, пневмо- или ультразвуковых распылителейдля формирования капелек
2) быстрое замораживание этихкапелек в криогенном газе или жидкости
3) сублимация замороженной водыс последующим получением конечных сухих частичек.
Распыление осуществляется механическимии пневматическими форсунками, а также с помощью центробежных дисков. Порция жидкогоматериала распыляется в пар над криогенной жидкостью, такой, как жидкий азот илижидкий пропан с использованием либо пневмо- либо ультразвуковых распылителей. Капелькиначинают замерзать во время пролета через холодную паровую фазу и полностью замерзаютпри соприкосновении с самой криогенной жидкой фазой. Находящиеся во взвеси замерзшиекапельки можно собрать с помощью сепараторного сита или дав возможность криогеннойжидкости удалиться с кипением. В литературе описаны различные установки и разныегеометрические формы контейнеров для сбора замороженных капелек во время этого процесса.
Распылительная сублимационнаясушка является технологическим процессом выбора, если от продукта требуются следующиесвойства:
· пористая структура с большой удельнойплощадью поверхности
· свободно текущий порошок для употребленияв качестве конечного или промежуточного продукта
· улучшение биодоступности чрезвычайноплохо растворимых в воде соединений
Пригодность процесса для полученияопределенных конкретных частиц и порошковой формы и соответствующий выбор основываетсяна потребностях для конкретного применения. Критериями оценки являются размер частиц,распределение их по размеру, текучесть порошка, эффективность процесса и выход продукта,масштабируемость, долгосрочная физическая стабильность порошка и его долгосрочнаябиохимическая стабильность. Показано, что распылительная сублимационная сушка являетсяприемлемым методом, если значимыми критериями являются хороший контроль размерачастиц, сферическая форма частиц и большой выход продукта. Более того, это можетоказаться технологией выбора при необходимости повышения биодоступности плохо растворимыхв воде фармацевтических препаратов.
Контактные сушилки.
Контактная сушка осуществляетсяпутем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку вконтактных сушилках, которые делятся на периодически и непрерывно действующие. Изпериодически действующих сушилок распространены вакуум-сушильные шкафы и гребковыевакуум-сушилки, в которых скорость сушки увеличивается за счет перемешивания материаламедленно вращающейся горизонтальной мешалкой с гребками. Из непрерывно действующихприменяют двухвальцовые атмосферные и вакуумные сушилки, а также одновальцовые формующиесушилки. Высушивание при пониженном давлении в замкнутом пространстве используетсяв тех случаях, когда материал чувствителен к высоким температурам.
Простейшими контактными сушилкамипериодического действия являются вакуум-сушильные шкафы, которые в настоящее времяшироко используются в производствах с малотоннажным выпуском и разнообразным ассортиментом.К таким относится фармацевтическое производство, где применение высокопроизводительныхмеханизированных сушилок непрерывного действия экономически нецелесообразно.
Вакуум-сушильный шкаф представляетсобой цилиндрическую камеру, в которой размещены полые плиты, обогреваемые изнутрипаром или горячей водой. Высушиваемый материал в виде сгущенной сметанообразноймассы намазывается на противни (толщиной 0,5÷4 см), которые устанавливаютна плиты. Камеру герметически закрывают с помощью дверец и соединяют патрубком свакуумной линией. Сушка происходит под вакуумом при температуре около 50°С, чтозависит от глубины вакуума. При этом образуется высокий (до 15÷20 см) слойпористого легкого материала хорошо растворяющегося в воде. Выгрузка материала производитсявручную. Такие сушилки пригодны для сушки легкоокисляющихся, взрывоопасных и выделяющихвредные или ценные пары веществ. Однако они малопроизводительны и малоэффективны,поскольку сушка в них происходит в неподвижном слое при наличии плохо проводящихтепло зазоров между противнями и греющими плитами. Напряжение рабочей поверхностиплит со стороны материала обычно не превышает 0,5-2,5 кг/ (м3-ч) влаги.
Гребковые вакуум-сушилки (приложение1). В такой сушилке, имеющей цилиндрическийкорпус, паровую рубашку и мешалку, скорость сушки несколько увеличивается за счетперемешивания материала медленно вращающейся горизонтальной мешалкой с гребками.Гребки мешалки закреплены на валу взаимно перпендикулярно: на одной половине длиныбарабана гребки мешалки изогнуты в одну сторону, на другой — в противоположную.Кроме того, мешалка имеет реверсивный привод, автоматически меняющий каждые 5-8мин направление вращения. Поэтому при работе мешалки материал, загруженный черезлюк, периодически перемещается от периферии к середине и в обратном направлении.Вал мешалки может быть полым и через него можно также осуществлять нагрев высушиваемогоматериала. Свободно перекатывающиеся трубы способствуют разрушению комков и дополнительноперемешивают материал. Разгрузка высушенного материала производится через люк. Корпуссушилки соединен с поверхностным или барометрическим конденсатором и вакуум-насосом.Производительность сушилки зависит от температуры греющего пара, величины разреженияи начальной влажности материала. Напряжение поверхности по влаге Аколеблетсяв пределах 6-8 кг/ (м3«ч), т.е. выше, чем для вакуум-сушильных шкафов,но сушильный агрегат более сложен и требует больших эксплуатационных расходов.
Применение вакуумных сушилок,несмотря на их более высокую стоимость и сложность по сравнению с атмосферными»сушилками, диктуется технологическими соображениями: они пригодны для сушкичувствительных к высоким температурам веществ, а также для получения высушенныхпродуктов повышенной чистоты. Их применяют также в случаях, когда необходимо улавливание(конденсация) паров неводных растворителей, удаляемых из материалов.
Вальцовые сушилки осуществляют непрерывную сушку жидкостей и текучих пастообразныхматериалов при разрежении или атмосферном давлении. Основной частью двухвальцовыхсушилок, наиболее часто применяемых в фармацевтическом производстве, являютсявальцы и медленно вращающиеся (п= 2÷10 об/мин) в кожухе навстречудруг другу. Сверху между вальцами непрерывно подается высушиваемый материала. Греющийпар поступает через полую цапфу внутрь каждого из вальцов, паровой конденсат отводитсячерез сифонную трубку. Материал покрывает вращающуюся поверхность вальцов тонкойпленкой, толщина которой регулируется величиной зазора между вальцами. Обычно зазор- 0,5÷1,0 мм. Высушивание материала происходит интенсивно в тонком слое втечение одного неполного оборота вальцов. Пленка подсушенного материала снимаетсяножами, расположенными вдоль образующей каждого вальца. Чем тоньше слой материалана вальцах, тем быстрей и равномернее он сушится. Однако вследствие малой продолжительностисушки часто требуется досушивание материала. В сушилке материал после вальцов последовательнопроходит сначала верхний досушиватель, затем — нижний. Одновальцовая сушилкапредставляет собой полый чугунный валец 5, вращающийся от электродвигателя. Пар,обогревающий валец, поступает через патрубок 2 и цапфу 3. Влажный материал подаетсяв лоток 9, где перемешивается мешалкой. Конденсат отводится через сифонную трубку1. Пленка материала, образующаяся на поверхности вальца, калибруется скребком, укрепленнымна оси 11, и срезается ножом 10. Высушенный продукт по фартуку 8 через патрубок7 поступает в ящик 6. Влажный воздух отсасывается через патрубок 4.
/>
Специальные сушилки.
К специальным видам сушки, какуказывалось ранее, относятся: радиационная, диэлектрическая и сублимационная. Соответственноэтим видам сушки различают терморадиационные, высокочастотные и сублимационные сушилки.
Терморадиационные сушилки.Сушка в них осуществляется за счет тепла,сообщаемого инфракрасными лучами. Указанным способом к материалу можно подводитьудельные потоки тепла, приходящиеся на 1 м2 его поверхности, в десятки раз превышающие соответствующие потоки при конвективной и контактной сушке.Поэтому при сушке инфракрасными лучами значительно увеличивается интенсивность испарениявлаги из материала.
Однако при высушивании толстослойныхматериалов скорость сушки может определяться не скоростью подвода тепла, а скоростьювнутренней диффузии влаги или требованиями, предъявляемыми к качеству высушиваемогоматериала: нарушение структуры, недопустимость коробления и т.п. В начальный периодрадиационной сушки под действием высокого температурного градиента влага может перемещатьсявглубь материала до тех пор, пока под действием большей, противоположно направленнойдвижущей силы (за счет градиента влажности) не начнется испарение влаги из материала.Поэтому терморадиационная сушка эффективна в основном для высушивания тонколистовыхматериалов или лакокрасочных покрытий.
Терморадиационные сушилки по способуобогрева генераторов инфракрасного излучения подразделяют на сушилки с электрическими газовым обогревом. В качестве электрическихизлучателей применяют зеркальныелампы, элементы сопротивления (панелызые или трубчатые), керамические нагреватели- электрические спирали, запрессованные в керамической массе. Все эти нагревателиболее сложны и инерционны, чем обычные ламповые, используемые в первый период применениятерморадиационной сушки, однако они обеспечивают большую равномерность сушки.
Терморадиационные сушилки с газовымобогревом обычно проще и экономичнее сушилок с электрообогревом. При газовом обогревеизлучателями являются металлические или керамические плиты, которые обогревают открытымпламенем или продуктами сгорания газов. В первом случае обогрев излучающей панелиоткрытым пламенем газовых горелок производится со стороны, обращенной к материалу,который перемещается на транспортере.
Лучшие условия труда и большийКПД достигаются с использованием второй схемы — при нагреве продуктами сгораниягазов, движущимися внутри излучателя. Газ и горячий воздух поступают в горелку.Продукты сгорания из камеры б направляются на обогрев излучающей поверхности. Попути они подсасывают с помощью эжектора часть отработанных (рециркулирующих) газовдля увеличения скорости потока теплоносителя и повышения коэффициента теплоотдачиот газов к поверхности излучения. Поступающий в горелку воздух вентилятором прокачиваетсячерез воздухоподогреватель, в котором используется тепло отходящих газов.
В современных радиационных сушилкахс газовым обогревом эффективно используют излучающие насадки с беспламенным горением.Такие горелки могут быть использованы при сжигании низкокалорийного генераторногогаза. Принцип беспламенного горения с излучающей насадкой-слоем состоит в том, чтосмесь горючих газов и воздуха пропускают через пористую стенку, выполненную из монолитногокуска огнеупора (шамота и динаса), со скоростью, превышающей скорость воспламенениягазовоздушной смеси. Вначале горение протекает в обычных условиях, затем пламя постепенноуменьшается и при разогреве стенки до яркого накала горение концентрируется на еевнешней поверхности, которая испускает мощные потоки тепловой радиации.
Терморадиационные сушилки отличаютсяотносительно высоким расходом энергии — 1,5-2,5 кВт*ч на 1 кг испаренной влаги, что ограничивает их применение.
Высокочастотные (диэлектрические)сушилки. Применение сушки в поле токоввысокой частоты эффективно для высушивания толстослойных материалов, когда необходиморегулировать температуру и влажность не только на поверхности, но и в глубине материала.Таким способом можно сушить материалы, обладающие диэлектрическими свойствами (пластмассы,смолы, древесину и др.).
Высокочастотная сушилка состоитиз лампового высокочастотного генератора 1 и сушильной камеры. Из сети переменныйток поступает в выпрямитель, затем — в генератор, где преобразуется в переменныйток высокой частоты. Этот ток подводится к пластинам конденсаторов, между которымидвижется на ленте высушиваемый материал. В сушилке материал высушивается сначалана ленте, а затем поступает на ленту, где досушивается. Под действием электрическогополя высокой частоты ионы и электроны в материале, содержащем обычно некоторое количествоэлектролита, например раствора соли, меняют направление движения синхронно с изменениемзнака заряда пластин конденсатора: дипольные молекулы приобретают вращательное движение,а неполярные молекулы поляризуются за счет смещения их зарядов. Эти процессы, сопровождаемыетрением, приводят к выделению тепла и нагреванию высушиваемого материала.
Изменяя напряженность электрическогополя, можно регулировать величину температурного градиента между внутренними слоямиматериала и его поверхностью, т.е. регулировать скорость сушки, а также избирательнонагревать лишь одну из составных частей неоднородного материала.
В поле токов высокой частоты возможнабыстрая (за счет усиленной термодиффузии влаги) и равномерная сушка толстослойныхматериалов. Однако сушка в поле высокой частоты для большинства материалов оказываетсядороже конвективной в 3-4 раза. Кроме того, оборудование сушилок в поле высокойчастоты более сложное и дорогостоящее в эксплуатации. Поэтому применение высокочастотнойсушки ограничено специальными случаями, например конвейерной сушкой мелких дорогостоящихизделий, и требует технико-экономического обоснования в каждом конкретном случае.
Сублимационные сушилки. Сублимационная сушка — это сушка материалов в замороженномсостоянии. При этой сушке находящаяся в материале влага переходит в пар, минуя жидкоесостояние, т.е. сублимирует. Такая сушка называется сублимационной, или молекулярной.Ее также называют лиофилънойсушкой. Термин «лиофильный» происходитот греческого lyo— растворяюи phileo— люблюи обозначает любящий растворениеили легкорастворимый.Действительно, порошки, полученные указанным методом, очень гигроскопичны илегко растворимы.
Данный способ сушки позволяетсохранить основные биологические качества высушиваемых материалов и широко используетсяв фармацевтическом производстве при получении ферментов, антибиотиков, препаратовкрови, иммуннобиологических препаратов и др.
сушка сублимация вакуум эвтектическая
Применительно к процессу сушкисублимация влажного материала — процесс сушки его в замороженном состоянии (сублимацияльда, находящегося внутри материала). Как известно, состояние воды можно определитьтремя фазами: твердой, жидкой и газообразной. Фазы могут существовать как самостоятельно,так и совместно, точка одновременного существования трех фаз называется тройнойточкой. Для воды она характеризуется температурой 0,0098°С и парциальнымдавлением пара 4,58 мм рт. ст. Сублимация происходит при состоянии веществ нижеэтой точки.
Эффективность применения вакуумапри сушке сублимацией представлена в табл, по данным которой очевидно, что с увеличениемразрежения падает и температура фазового перехода; при подводе тепла в условияхглубокого вакуума можно создать большие разности температур между материалом и источникомтепла по сравнению с обычной вакуумной сушкой:
Зависимость температуры сублимации льда от давления окружающейсредыДавление, мм рт. ст. Температура сублимации,°С 4,6 0,0098 1,0 -17,50 0,001 -39,30
Однако не следует считать, чтосушка сублимацией возможна только в условиях глубокого вакуума. Еще в XVI XVII вв.производилась сушка в замороженном состоянии в зимнее время на открытом воздухекож и тканей. В данном случае разность температур tx— tMочень мала (близка к нулю), поэтому такая сушки была очень длительной и промышленногоприменения не получили.
Данные исследований показали,что при постоянной температуре среды интенсивность испарения, продолжительностьсушки или скорость отвода паров испаряющегося льда возрастают с уменьшением давления.Весь процесс сушки можно довольно четко разделить на три периода:
период самозамораживания, когда в результате снижениядавления в сушильной камере происходит замораживание влаги в материале, при этомрезкое снижение давления приводит к интенсивному испарению влаги с поверхности материала;при замораживании обычно испаряется до 10-15 % всей удаляемой влаги;
период сублимации,аналогичный периоду постояннойскорости сушки;
период испарения остаточной влаги.
Принципиальная схема. В сушильнойкамере, называемой сублиматором, находятся пустотелые плиты, внутри которых циркулируетгорячая вода. На плитах устанавливают противни с высушиваемым материалом. Междуплитами и противнями имеется зазор" что способствует передаче тепла преимущественнорадиацией. В фармацевтическом производстве высушивание проводят из ампул, пенициллиновыхфлаконов или стеклотары несколько большей емкости, в которые наливают подлежащийвысушиванию раствор или суспензию. Чаще замораживание проводят в отдельных низкотемпературныхморозильных камерах. Емкости с замороженным, подлежащим высушиванию материалом быстрозагружают в охлажденную камеру сублиматора, который герметизируют и устанавливаютнеобходимые параметры процесса. В процессе сублимации паровоздушная смесь из сублиматорапоступает в трубы конденсатора-вымораживателя, в межтрубном пространстве которогоциркулирует хладоагент (рассол, охлажденный этанол и др.). Конденсатор включаетсяв один циркуляционный контур с испарителем (аммиачным, фреоновым и др.) холодильнойустановки, и соединяется с вакуум-насосом, предназначенным для отсасывания неконденсирующихсягазов и воздуха из сублиматора. В трубах конденсатора происходят конденсация и замораживаниеводяных паров. Для непрерывного удаления из конденсатора образующегося в нем льдаустанавливают два конденсатора, которые попеременно работают и размораживаются.
Первой стадией сублимации являетсязамораживание, и его следует проводить с учетом эвтектических температур, которыеявляются индивидуальными для каждого вещества. Эвтектическая температура — это наибольшая температура, при которой происходит кристаллизация (замораживание)подлежащего высушиванию материала. При указанной температуре находятся в равновесиижидкость и образующаяся при замораживании твердая фаза. Замораживание растворов,как и замораживание чистых веществ, происходит при постоянной температуре. Установлениеэвтектической температуры лабильных препаратов является обязательным, так как позволяетопределить допустимый уровень нагревания при высушивании препаратов.
Определяют эвтектические температурыразличными методами:
· термическим;
· измерением сопротивления замороженногораствора;
· дифференциально-термическим;
В основе термическогоспособа определения эвтектических температур лежит наблюдение за температуройматериала в процессе медленного замораживания-оттаивания. На кривой изменения температурыоттаивания (нагревания) материала, замороженного ниже эвтектической точки, образуетсяплато, соответствующее времени, когда тепло, поступающее извне, не приводит к повышениютемпературы, а расходуется на плавление льда при данной эвтектической концентрациираствора. Получить такую площадку можно при достаточно большом содержании веществав растворе, поэтому метод применим не во всех случаях.
Электрическое сопротивлениенаиболее точнохарактеризует состояние замороженного раствора. Сущность этого метода заключаетсяв том, что одновременно измеряют температуру и электрическое сопротивление медленнонагреваемых растворов и препаратов, предварительно замороженных ниже эвтектическихтемператур. Температура, при которой наблюдается переход электрического сопротивленияот бесконечно большого к конечному (его можно измерить), и будет соответствоватьэвтектической температуре.
Эвтектические температуры препаратовможно определить на установке, состоящей из следующих приборов: измерителя полныхпроводимостей мостового типа, автоматического потенциометра измерительной ячейкии термоизоляционной камеры с охладительной средой. Измерение эвтектических температурпроводится следующим способом. Измерительную ячейку термостатируют при 293 К, мостустанавливают на нулевую точку. В ячейку помещают 0,005 кг исследуемого раствора препарата и замораживают. Когда температура исследуемого раствора достигнет203 К охлаждение прекращают. Ячейку помещают в термостат, имеющий температуру 293К, где раствор медленно нагревается. Мостом измеряют удельное электрическое сопротивлениезамороженного раствора, а потенциометром — температуру. Показания приборов снимаютодновременно при определенном значении температуры. При этом определенной температуресоответствует определенное значение удельного сопротивления.
При полном замораживании образца,представляющего собой ледяной блок, электрический ток не проходит и сопротивлениев таком состоянии измерить не удается. При оттаивании блока сопротивление можноизмерить и с повышением температуры оно возрастает. Точки, в которых наблюдаетсяпереход от линейной зависимости к криволинейной, будут соответствовать эвтектическимтемпературам исследуемых растворов.
Различные вещества характеризуютсясвоими эвтектическими точками (температурами). Поэтому их учитывают при замораживаниирастворов, поскольку свойства конечного сухого продукта, высушенного сублимацией,будут изменяться в зависимости от условий замораживания. Режимы замораживания влияютна размеры полученных кристаллов замороженного продукта. Так, при медленном замораживанииобразуются крупные кристаллы, при быстром — мелкие. Из мелких кристаллов сушка идетбыстрее, так как в этом случае отношение поверхности к объему материала будет больше.При сушке мелких кристаллов получается светлый, легко растворяющийся порошок, примедленном — осмоленный, хуже растворяющийся.
Механизм переноса влаги (в видепара) от поверхности испарения при сублимационной или молекулярной сушке специфичен:он происходит путем эффузии, т.е. свободного движения молекул парабез взаимных столкновений их друг с другом.
Исследования и промышленная проверкаподтвердили, что сублимационная сушка является наилучшим методом качественного консервированияпри производстве целого ряда новых лекарственных средств, содержащих вещества биологическогопроисхождения, выпуск которых с каждым годом все более расширяется. Поэтому использованиетермолабильных веществ для приготовления многих высокоэффективных препаратов биологическогопроисхождения невозможно без сохранения их нативных свойств. Термолабильные веществаимеют различные структурные особенности, что необходимо учитывать при их сушке.Технологические параметры устанавливаются экспериментально и являются индивидуальнымидля каждого высушиваемого материала. Несмотря на большое количество накопленногоматериала по данному вопросу, общие закономерности по технологии сушки препаратовбиологического происхождения, которые можно было бы использовать в промышленности,не найдены. Для каждого препарата их необходимо разрабатывать индивидуально.
В настоящее время общепризнанно,что при сублимационной сушке происходят некоторые изменения свойств исходного сырья,но они минимальны по сравнению с результатами консервирования ранее известными методами.Несмотря на многочисленность выполненных исследований, в изучении этого перспективногометода консервирования остается много неясных вопросов, решение которых возможнолишь в ходе дальнейшего изучения процесса накопления экспериментальных данных итеоретических представлений о нем. Удаление влаги из материалов должно проводитьсяпри оптимальных условиях, которые находятся путем лабораторных исследований, а затемпроверяются и переносятся в промышленные. Оптимальный режим должен обеспечиватьминимальную продолжительность сушки и наилучшие технологические свойства высушенногопрепарата, эффективное использование соответствующего оборудования.
Сублимационная сушка применяетсяв лабораторных и промышленных масштабах в медицине и биологии для консервированияпрепаратов крови и кровезаменителей, биологических растворов, сывороток, микробныхкультур, в производстве антибиотиков, гормональных препаратов, а также в химико-фармацевтическоми пищевом производствах при выработке продуктов, превосходящих по качеству законсервированныедругими способами. Сублимационное высушивание становится одним из основных методовподготовки для длительного хранения сырья растительного и живого происхождения ифармацевтических материалов.
На практике получили применениетерморадиационные сублимационные сушилки с непрерывной загрузкой и периодическойвыгрузкой материала.
Список литературы
1. Государственная фармакопея XI издания, вып. 1,2. М.: Медицина, 1987 г. Х издания, М.: Медицина, 1968 г.
2. Технология лекарственных форм в 2-х томах: т. 1 под ред. Т.С. Кондратьевой,т. 2 под ред. Л.А. Ивановой. М.: Медицина, 1991 г.
3. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии.2 т. М.: Химия, 1995 г.
4. Чубарев В.Н. Фармацевтическая информация. Под ред. академика РАМН, док. фарм.наук, проф. А.П. Арзамасцева. М., 2000 г.
5. Шилова С.В., Пузакова С.М. и др. Организация производства лекарственных средствс учетом правил GMP. Химико-фармацевтическое производство. Обзорная информация.M.: ВНИИСЭНТИ, 1990 г.
6. Чуешов В.И., Зайцев А.И., Шебанова С.Т. Промышленная технология лекарств, 2002 г.
Приложения
Приложение 1
/>
Приложение 2
/>
Приложение 3
/>
Приложение 4
/>
Приложение 5
/>
Приложение 6
/>
Приложение 7
/>
Приложение 8
/>